Im Rahmen des Projektes COATEMO II sollen funktionalisierte Multilayer-Graphene als hochleitfähiges Additiv und als Matrix für mikro- oder nanoskaliges Silizium (Si) als Speichermaterial für Lithium-Ionen Batterien (LIB) erforscht und zusammen mit Silizium in einem Sprühtrocknungsverfahren zu einem hochenergetischen Kompositmaterial für Anoden verarbeitet werden. Dessen Verfügbarkeit und Verarbeitbarkeit zu Anoden werden im Labor- und Technikumsmaßstab demonstriert. Die Partner bringen ihr Know-How in Kohlenstoff- und Silizium-Aktivmaterialien sowie in der Batterie-Prozesstechnologie ein. Die Prozesse sollen so gestaltet werden, dass später das Anodenmaterial zum Einsatz in Lithium-Batterien wirtschaftlich sinnvoll produzierbar ist. Im Teilvorhaben der FC sollen Nano-Kohlenstoff-basierte Dispersionen mit Additiven und mit Aktivmaterial-basierten Co-Dispersionen entwickelt werden, die im Bereich der Herstellung von Li-Ionen-Batterie-Anoden Verwendung finden. FutureCarbon wird Dispersionen, die vor allem als Additiv im Verbund mit den zu entwickelten Aktiv-Materialien eingesetzt und darauf optimiert werden, entwickeln und produzieren. Da Silizium eine relativ große Volumenänderung beim Be- und Entladen mit Lithium-Ionen hat soll diese durch den Einsatz von Kohlenstoff-Nanotubes und Graphene reduziert werden. Das erhöht die Lebensdauer der Anode und damit auch der Li-Ionen-Batterie. Die Herstellung der pastösen Dispersionen bzw. Zubereitungen soll im Laufe des Projektes mittels eines neuen Verfahrens vorgenommen und evaluiert werden.
Das Projekt SUBAMA beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Einsatz von Superkondensatoren auf Basis hoch leitfähiger nanostrukturierter mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren(MWCNT)-Substrate und Metalloxiden (z. Bsp. Mangandioxid). Durch die Eigenschaftskombination gilt es, die theoretisch hohen Kapazitäten der Metalloxide effektiv auszuschöpfen. Derartige Systeme sollen mit bestehenden Superkondensatoren konkurrieren können. Die eingesetzten Materialien, wie Mangandioxid, sind nicht nur kostengünstig, sondern auch unbedenklich und gut verfügbar. Als Herstellungsmethoden für die MWCNT-Elektroden wird die elektrophoretische Abscheidung (kurz EPD) und die chemische Gasphasenabscheidung (kurz CVD) eingesetzt. Für die Modifizierung der Elektroden mit Metalloxiden werden die elektrolytische Abscheidung (kurz ECD) und Gasphasenprozesse angewendet. Die Kombination dieser Methoden erlaubt es, ein effektives und kostengünstiges technologisches Konzept für die Herstellung der Superkondensatoren zu entwickeln und zu bewerten. Die Arbeitsplanung gliedert sich in 6 Schwerpunkte. Der erste Schwerpunkt umfasst die Elektrodenherstellung im Labormaßstab mittels Elektrophorese und chemischer Dampfphasenabscheidung. Der zweite Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Modifizierung der hergestellten Elektroden über die Beschichtung mit Metalloxiden, um den pseudokapazitiven Anteil zu steigern. Dazu werden die elektrolytische Abscheidung und die Gasphasenprozesse betrachtet. Der dritte und vierte Schwerpunkt umfasst die Optimierung der Metalloxide (z. Bsp. Pulse Plating), die Charakterisierung sowie die Abscheidung aus nichtwässrigen Elektrolyten und dem Einsatz von nichtwässrigen Systemen. Die Schwerpunkte 5 und 6 beschäftigen sich im Kern mit der Zellfertigung und dem Einsatz der optimierten Elektroden sowie den Aufbau eines Prototypen.
Das Projekt SUBAMA beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Einsatz von Superkondensatoren auf Basis hoch leitfähiger nanostrukturierter mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren (MWCNT) Substrate und Metalloxiden (z. Bsp. Mangandioxid). Durch die Eigenschaftskombination gilt es, die theoretisch hohen Kapazitäten der Metalloxide effektiv auszuschöpfen. Derartige Systeme sollen mit bestehenden Superkondensatoren konkurrieren können. Die eingesetzten Materialien, wie Mangandioxid, sind nicht nur kostengünstig, sondern auch unbedenklich und gut verfügbar. Als Herstellungsmethoden für die Elektroden wird die elektrophoretische Abscheidung und die chemische Gasphasenabscheidung eingesetzt. Für die Modifizierung der Elektroden mit Metalloxiden werden die elektrolytische Abscheidung und Gasphasenprozesse angewendet. Die Kombination dieser Methoden erlaubt es, ein effektives und kostengünstiges technologisches Konzept für die Herstellung der Superkondensatoren zu entwickeln und zu bewerten. Die Arbeitsplanung gliedert sich in sechs Schwerpunkte. Der erste Schwerpunkt umfasst die Elektrodenherstellung im Labormaßstab mittels Elektrophorese und chemischer Dampfphasenabscheidung. Der zweite Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Modifizierung der hergestellten Elektroden über die Beschichtung mit Metalloxiden, um den pseudokapazitiven Anteil zu steigern. Dazu werden die elektrolytische Abscheidung und die Gasphasenprozesse betrachtet. Der dritte und vierte Schwerpunkt umfasst die Optimierung der Metalloxide, die Charakterisierung und dem Einsatz von nichtwässrigen Systemen. Die letzten Schwerpunkte beschäftigen sich im Kern mit der Zellfertigung und dem Einsatz der optimierten Elektroden sowie den Aufbau eines Prototypen.
Das Projektziel von HiKAB ist die Herstellung und Testung von neuartigen, katalytisch aktiveren Nanopartikelkompositen für die Direktmethanolbrennstoffzelle (DMFC) und die Entwicklung darauf optimierter Membran-Elektroden-Einheiten (MEA). Die Universität Hamburg (UHH) wird Batchsynthesen für Nanopartikelsysteme mit unterschiedlicher Struktur, hierarchischer Architektur und Zusammensetzung der Partikel mit vermindertem Pt-Gehalt etablieren und optimieren. Anschließend werden die Partikelsysteme auf amorphem Kohlenstoff oder Kohlenstoffnanoröhren geträgert und elektrochemisch charakterisiert. Die CAN GmbH wird ausgehend von den erzielten Messergebnissen die Herstellung ausgewählter Systeme auf einen kontinuierlichen Flussreaktor übertragen, um 1) die notwendigen größeren Mengen, 2) die höhere Reproduzierbarkeit und 3) deutlich geringere Herstellungskosten für katalytisch aktive Nanokomposite zu realisieren. Das Forschungszentrum Jülich wird mit den bereitgestellten Proben MEAs entwickeln und diese auf Effizienz, Langzeitstabilität und Methanoltoleranz in entsprechenden Testständen auf MEA-Ebene untersuchen. Geeignete MEAs werden in ausreichender Anzahl in Jülich hergestellt und bei SFC Energy AG unter realen Betriebsbedingungen in DMFC-Systemen getestet.
Carbon Nanotubes (CNT) sind aus gerollten einfachen oder mehrfachen Graphenschichten bestehende Hohlfasern (single-walled oder multi-walled CNT). Die Struktur ermöglichen ungewöhnlich hohe Durchflussraten (Permeabilitäten) für Medien, wie Wasser durch die CNT. Eine technische Anwendung als Filtermaterial ist jedoch erst möglich, wenn es gelingt, dünne Schichten aus gerichteten CNT in einem dichten Matrixmaterial zu erzeugen. Die Entwicklung derartiger CNT-Membranen und Testung zur Nutzung für die Öl- und Kohlenwasserstoff-Abtrennung aus verschiedenen Industrien ist Gegenstand dieses Projektes. Der Antragsteller untersucht die CNT-Membranen hinsichtlich ihrer Eignung für die Erdgas- und Erdölindustrie. Dort fallen Wässer an, die neben einer hohen Belastung mit Kohlenwasserstoff gleichzeitig hohe Salzfrachten aufweisen. Es werden im Labor und bei Projektpartnern vor Ort Verfahrenskombinationen mit CNT-Membranen getestet und optimiert. Dabei werden reale Abwässer eingesetzt. Der Antragsteller ist in acht der 13 AP eingebunden. Während Partner die CNT-Membranen selbst entwickeln und herstellen, beginnt das DBI mit einer Recherche zu anfallenden Mengen und Zusammensetzungen von Wässern der Erdöl- und Gasindustrie. Anschließend wird mit existierenden Verfahren der Aufbereitung (z.B. Ultrafiltration) untersucht, welche Zusammensetzung einer CNT-Membran nach einer eventuellen Vorreinigung zugeführt werden. Es wird eine Versuchsanlage konzipiert und getestet. In diese werden die ersten Versuchsmuster der CNT-Membran im Labor eingebunden und untersucht. In der ersten Stufe erfolgt dies mit Modellwässern, dann mit realen Abwässern. Nach einem Scaling up (halbtechnische Fertigung) und weiteren Labortests wird die Versuchsanlage in der Realität an einem Erdölfeld der Firma Wintershall getestet. Betrachtungen von Betriebs- und Investitionskosten runden das Projekt ab.